2015/1 | Eduardo Augusto Bezerra, PhD

EEL 510232 – Programação de Sistemas Embarcados

Semestre 2015/1
Curso: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Código da disciplina: EEL 510232
Número de créditos: 3
Professor: Eduardo Augusto Bezerra

Horário das aulas

Qui 14:20 – 17:20

Ementa

Conceitos introdutórios; Sistema operacional; Orientação a objetos; Classes; Estruturas de dados; Encapsulamento; Herança; Polimorfismo; Tratamento de exceções; Templates; Entrada e saída; System-on-a-chip; Teste e verificação.

Objetivos

O cumprimento da disciplina busca dar ao aluno, ao final do semestre, condições de:

Dar continuidade aos estudos de programação de sistemas computacionais embarcados.
Compreender os conceitos fundamentais do paradigma de programação orientada a objetos.
Desenvolver a capacidade de análise de programas em C++ de complexidade média.
Entender o funcionamento básico de sistemas operacionais para acesso a periféricos.
Desenvolver programas em C++ para sistemas embarcados baseados em microprocessadores embarcados, e também sistemas do tipo System-on-a-chip (SoC).

Metodologia

O conteúdo programático será desenvolvido por meio de aulas expositivas com auxílio de recursos multimídia.
Aulas teóricas e práticas, expositivas, com slides
Exercícios a serem resolvidos em aula e extra-classe pelos alunos
Práticas, em laboratório, onde os alunos seguirão tutoriais fornecidos pelo professor com instruções para utilização de ferramentas e placas de desenvolvimento
O material das aulas é disponibilizado na página da disciplina
A plataforma Moodle é a ferramenta oficial da universidade e da disciplina para comunicação com os alunos e para entrega de trabalhos.

Avaliação

A média geral do trimestre (MT) é obtida a partir da média aritmética MT = (S + T) / 2, onde S é a nota da preparação/apresentação de seminários, e T é a nota do trabalho final

Bibliografia

Walter J. Savitch, “C++ absoluto”, Addison Wesley, 2004 ISBN 85-88639-09-2. Disponível na biblioteca da UFSC em “Livros Eletrônicos”. Título original: Absolute C++.
Walter J. Savitch, “Absolute C++”, Addison Wesley, 2004 ISBN 85-88639-09-2.
Dominic Herity, “Modern C++ in embedded systems – Part 1: Myth and Reality”
W. Wolf, Computer as Components – Principles of embedded computing system design, Morgan Kaufmann Publishers, 2000.
L. Lavagno, UML for real design of embedded real-time systems, Kluwer Academic, 2003.
Christopher Hallinan, Embedded Linux Primer, Prentice Hall, 2007.H. M. Deitel e P. J. Deitel, “C++ How to Program”, Pearson Prentice Hall, 2006.
Victorine V. Mizrahi, Treinamento em Linguagem C++: módulo 1, Makron Books, 2007.
Victorine V. Mizrahi, Treinamento em Linguagem C++: módulo 2, Makron Books, 2007.
Herb Sutter, “Exceptional C++ Style”, Pearson Makron Books, 2006.
Richard C. Lee; William M. Tepfenhart, “C++ – A Practical Guide to Object-Oriented Development”, Makron Books.
B. Stroustrup, The C++ Programming Language. Reading: Addison-Wesley, 1997.

Trabalho prático

Especificação do Trabalho Final: “Projeto e implementação em C/C++ para o processador Leon3 de sistema para gerência de letreiros eletrônicos“
Data da entrega e apresentações: 25/jun/2015.

Organização das aulas

Aula	Conteúdo
1 [26/mar]	Apresentação da disciplina. Slides aula 1. Artigo: “Embedded Software”, Edward A. Lee, Advances in Computers, Vol. 56, Academic Press, London, 2002. [cópia local] Artigo: “Incorporating C++ into Mars Rover Flight Software” [cópia local] (slides: 13; 16-19; 34-40; 52) Slides “C em sistemas embarcados“.
2 [02/abr]	Ambiente de desenvolvimento [20]: Tutorial [6]; One page Linux; Comandos básicos; Exercícios Linux. Revisão de C, Ponteiros [3]: Notas de aula; Exemplos; Exercícios; Soluções.
3 [09/abr]	Revisão de C, introdução a C++: Estrutura programa (Hello World!) [7]; Variáveis [8]; Operadores [9]; Controle de fluxo [10]; Funções [11]; Class x struct [12]; Exercícios [13]. Paradigma de orientação a objetos: Objetos [14]; Classes [15]; Abstração [16]; Encapsulamento [17]; Métodos, atributos, construtores [18]; Classe Resistor. Exercícios [19].
4 [16/abr]	Resolução do exercício 6 da lista [13]. Primeira parte da aula – resolução no quadro do exercício, utilizando apenas uma classe “Aluno”. Todas as manipulações do vetor de alunos foi realizada no main, sem a chamada de funções. Segunda parte da aula – Foi solicitado aos alunos a realização de alterações no programa, visando a utilização de uma classe “VetorAlunos” para modelar os dois vetores (Alunos e Valido), e também para realizar todas as operações sobre esses vetores. Solução do João Sehn para a segunda parte da aula (com duas classes): Ver pasta “Agregacao”
5 [23/abr]	Hierarquia de classes: Herança; Exemplo; Herança múltipla; Construtores e destrutores; Notas de aula [1]. Relacionamento entre classes: Agregação; Exercícios. Exercício: Implementação, no Linux, de calendário com data e hora, usando como base os exemplos de herança múltipla discutidos na aula. O programa deverá ficar em laço infinito, atualizando a data e hora.
6 [30/abr]	Exercício: Herança + I/O Linux – Sistema de controle de acesso, com cadastro de usuarios em um vetor, e diversos tipos de leitores (codigo de barras, RFID, …).
7 [07/mai]	Exercício: projeto e desenvolvimento de software para controle de uma máquina de venda de refrigerantes (vending machine). Será exercitado o ciclo completo de projeto, incluindo o levantamento de requisitos, descrição do projeto com máquina de estados finita (FSM), codificação, implementação e testes. [Sugestão de solução] Tutorial Leon3 na plataforma Atlys – apresentação do fluxo de desenvolvimento utilizando um cross-compiler, e ferramenta de download. Protipação da vending machine na Atlys com Leon3 – solução para a implementação da vending machine, considerando os recursos reduzidos de um kit de desenvolvimento baseado em um microprocessador, sem sistema operacional (bare-metal). Dicas para acesso aos recursos de I/O (chaves/botões) estão disponíveis em: grlib_README
8 [14/mai]	Estruturas de dados em C++: Vetor, Matriz, Listas, Filas, Pilhas, Grafo, Arvore. Exemplo de lista encadeada: [ListaInteiros]. Demonstração durante a aula de detalhes das operações da lista: inclusão, remoção, consulta, listagem, construtor, destrutor. Exercício: Implementar uma lista para armazenamento de valores inteiros ordenada, ou seja, uma lista que a cada inclusão deverá permanecer com os valores armazenados nos nodos em ordem crescente. A lista não pode aceitar valores duplicados.
9 [21/mai]	Exercício: Implementar no Linux uma lista de frequencia eletrônica (cadastro de alunos, dados do professor), utilizando uma lista encadeada, conforme discutido na aula de estruturas de dados (aula anterior). Exercício: Implementar uma lista duplamente encadeada, com as mesmas funcionalidades apresentadas na lista simplesmente encadeada, utilizando as facilidades dos nodos com ponteiros para o proximo nodo e para o nodo anterior e, também, utilizando um ponteiro fixo no ultimo nodo da lista. Exercício: Prototipação do “calendário com data/hora” (herança múltipla) na Atlys. A apresentação da data/hora pode ser realizada na tela do computador, com o cout. Exercício: Implementar na Atlys a lista de frequencia eletrônica (utilizando uma lista encadeada, conforme discutido na aula de estruturas de dados).
10 [28/mai]	Webinar 15:00-16:00: “Desenvolvendo sistemas embarcados com SoC Multicore Assimétricos“ *Classes bases virtuais; Funções virtuais; Friends; Sobrecarga de operadores: Notas de aula [1]; Exemplo friends; Exercícios. Classes abstratas; Polimorfismo: Notas de aula [1]. Exercício sobre polimorfismo: implementar as classes necessárias para que o programa testCShape3d.cpp funcione corretamente. Exercício friends/sobrecarga operadores: Implementação do “calendário com data/hora” (herança múltipla) na Atlys, utilizando o conceito de sobrecarga de operadores e friends [ver exercício 2]. Exercício polimorfismo*: Comunicação serial no Linux [ver exercício 3].
11 [11/jun]	Funções Template e Classes Template: Notas de aula e exemplos. Uso de templates nas estruturas de dados (ex. nodo em lista encadeda). Exercício: Adaptar o programa da CShape3d para utilização de templates, possibilitando o cálculo de volumes com float e inteiro.
12 [18/jun]	C++ Standard Template Library – STL: tutorial e exemplos. Tratamento de exceções: exemplos e std::exception. Sistema básico de E/S: exemplos. Manipulação de arquivos: exemplos. Plataforma Atlys: Testes utilizando o OLED – visando o desenvolvimento do projeto final.
13 [25/jun]	Apresentações de seminários. Entrega do trabalho final (Moodle) Apresentação do trabalho final
14 [*02/jul]	System-on-a-Chip (SoC): Plataforma Zynq da Xilinx, ARM (dual core Cortex A9) + FPGA System-on-a-Chip (SoC): Plataforma DE1-SoC Cyclone V da Altera, ARM (dual core Cortex A9) + FPGA

Artigos da disciplina:

Material de apoio

[1] Notas de aula C++ Prof. Eduardo Bezerra – herança, herança múltipla, classes virtuais, funções virtuais, funções friend, classes abstratas, sobrecarga de funções, sobrecarga de operadores, polimorfismo, template, GUI.
[2] Notas de aula “Classes” Prof. Eduardo Bezerra – Classes e objetos em C++
[3] “Ponteiros” Prof. Eduardo Bezerra – “Ponteiros” e exemplos
[4] “Strings” – material sobre strings em C++
[5] “Strings – getline” – Dica para ler strings com espacos em C++
[6] Tutorial introdução Linux/C++ “Hello World!” - Primeira aula prática!
[7] Estrutura de um programa
[8] Variáveis e definições
[9] Operadores
[10] Controle do fluxo da execução de um programa
[11] Funções
[12] Structs e Classes
[13] Exercícios – possível solução para o exercício 5
[14] Objetos
[15] Classes
[16] Abstração
[17] Encapsulamento
[18] Classes e construtores
[19] Exercícios sobre classes e objetos
[20] Material sobre linux – Comandos mais usados em uma página; Comandos básicos; Resumo dos comandos básicos; Exercícios
[Arquivos] – material sobre arquivos em C++
[Bibliotecas padrão] – Resumo das bibliotecas padrão do C++
[Pilha] – uma classe “Pilha” para armazenar dados genéricos
[Fila] – uma classe “Fila” para armazenar dados genéricos
[Lista] – uma classe “Lista” para armazenar dados genéricos
[Lista encadeada] – exemplo de lista encadeada genérica, armazenando alunos, professores, …
[Árvores] – Nodo para construção de árvores binárias (de inteiros): Nodo_arvoreb.h e Nodo_arvoreb.cpp. Classe para criação e manipulação de Árvore Binária de Pesquisa utilizando Nodo_arvoreb.h: ABP.h, ABP.cpp e testeABP.cpp.
[Standard Template Library – STL] – Tutorial STL – Exemplo de vector, com métodos disponíveis, e comparação com list
Aplicações exemplo:
- Classe SystemUser (ler antes o arquivo README.txt)
- Classe Racional (solução)
- Herança bastante simples: (Pessoa.cpp, Aluno.cpp, main.cpp)
- Herança: (Heranca)
- Agregação: (Agregacao)
- Herança: (Sistema Bank Account)
- Exemplo/exercício de herança: ex_heranca.cpp, mmamals.cpp, e vmammals.cpp